Измеритель сдвига фаз Советский патент 1979 года по МПК G01R25/00 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СДВИГА ФАЗ

Изобретение относится к области электрорадиоизмернтельной техники, а именно к двухкаиальным (|)азо.1етрам, и может быть использовано при измерении фазовы.х сдвигов. Известны измерители разности фаз триггерного типа с псключепием зон неопределенности в пределах периода, содержан1ие формирую цее устройство, формирователи коротких импульсов, соответствующих моментам перехода входн1 1х сигналов через нуль, измерительные триггеры и индикатбр 1. В этих измерителях для устранения неопределенности показаний вблизи 180° фазовых сдвигов между входными сигналами в один из каналов добавляется фиксированный фазовый сдвиг. В этом случае не исключаются зоны неопределенности как таковые, а нереносится (сдвигается) измеряемая разность фаз из зоны неопределенности на определенный (фиксированный) угол. В этом измерителе разность фаз вблизи 180° определяется оператором по фор.мулеФИЗМ ±ФОАВИГА+ (±ФПОК.), гдефлок,- показание прибора после введения сдвига в один из каналов, так как в этом случае нет соответствия между величиной измеряемой разности фаз и показанием прибора. Отмечается значительное время измерения в зонах неопределенности; при записи показаний фазоизмерителя регистрирующими приборами (самописец, ЦПУ и т.д.) фазовые сдвиги между входными сигналамн в зонах неустойчивой работы триггеров выпадают из общей фазовой характеристики, что приводит к ощибочным результатам. Использовать такие фазоизмерители в автоматических системах без участия оператора невозможно. Известны также фазоизмерители, где неопределенность показаний индикатора устраняется в пределах периода делением частоты входных сравниваемых сигналов по фазе 21. Однако они обладают пониженной точнoqтью и разрешающей способностью, так как при делении частоты входных сигналов в п раз уменьшается и фазовый сдвиг между ними.

Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности.

Это достигается тем, что измеритель сдвига фаз, содержащий в каждом из двух каналов последовательно соединенные формирующее устройство и триггер-делитель частоты, во тором канале инвертор, вход которого подключен к выходу триггера-делителя, общие для обоих каналов филЬтр и пороговые устройства, связанные между собой, измерительный триггер и индикатор, снабжен коммутирующими элементами, формирователями коротких импульсов, вычитающим устройством с коммутируемым коэффициенто передачи, дополнительным ф.ильтром, ключевым фазовым дискриминатором, при этом входы формирователей коротких импульсов подключены к формирующим устройствам, а выходы связаны с коммутирующими элементами и измерительными триггерами, последовательно включенные вычитающее устройство и дополнительный фильтр включены между измерительными триггерами и индикатором, входы ключевого фазового дискриминатора подключены к триггеруделителю первого канала и инвертору второго канала, а выход - к фильтру.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого измерителя; на фиг. 2 - временные диаграммы процессов формирования выходных напряжений фазоизмерителя во всех его режимах.

Измеритель разности фаз содержит формирующие устройства 1 и 2, формирователи коротких импульсов 3-6, соответствующих моментам перехода входных сигналов через нуль, причем формирователи 3 и 4 вырабатывают импульсы, соответствующие фронтам сформированных входных сигналов, а формирователи 5-6 - импульсы, соответствующие спадам сформированных сигналов, делители частоты на два 7 и 8; логический элемент НЕ 9; ключевой фазовый дискриминатор 10, 11 нижних частот; компараторы положительного 12 и отрицательного 13 напряжений, коммутирующие элементы 14-17, управляемые компараторами 12 и 13; измерительные триггеры 18 и 19; вычитающее устройство 20 с изменяемым коэффициентом передачи, второй фильтр 21 нижних частот и индикатор 22.

Измеритель работает следующим образом.

Сигналы Uo,, Ug, разность фаз которых подлежит измерению, подаются на входы формирующих устройств 1 и 2. С выходов формирующих устройств напряжения (фиг. 2 а, б) поступают на формирователи коротких импульсов 3-6. Короткие импульсы с выходов формирователей (фиг. 2, в, г, д, е через нормально замкнутые контакты коммутирующих элементов 14-17 поступают перекрестно в основном режиме на триггеры 18 и 19 для управления ими. При маль1х фазовых сдвигах триггер 18 устанавливается в

единичное состоян.ие импульсом формирователя 3, соответствующим фронту сформированного сигнала Uo., в нулевое состояние :- импульсом формирователя 6, соответствующим спаду сформированного сигнала Us (фиг. 2, ж).

Триггер 19.устанавливается в единичное состояние импульсом формирователя 4, соответствующим фронту сигнала US, и в нулевое состояние - импульсом формирователя 5, соответствующим спаду сигнала Ua (фиг. 2, 1,3).

Выходные сигналы триггеров подаются на входы вычитающего устройства 20, например, выполненного на основе дифференциального усилителя. В этом режиме коэффициент передачи вычитающего устройства равен половине максимального своего значения, ухудшения разрешающей способности фазоизмерителя при этом не происходит, так как коэффициент передачи вычитающего устройства может быть больше «1. Разностный сигнал поступает на фильтр 21. Напряжение на его пропорционально измеряемой разности фаз.

Амплитудно-фазовая характеристика фазоизмерителя в основном режиме приведена на фиг. 2, а. Напряжение с выхода фильтра 21 поступает на индикатор 22, в качестве которого может использоваться стрелочный прибор или аналого-цифровой преобразователь. Выходные сигналы формирующих устройств 1 и 2 поступают также на входы делителей частоты на два 7 и 8 цепи управления, сигналы с поделенной вдвое частотой, один непосредственно, а другой - инвертированный элементом НЕ 9, подаются на ключевой фазовый дискриминатор 10. Выходной сигнал дискри.минатора фильтруется фильтром 11, знак и амплитуда выходного напряжения которого определяется разностью фаз выходных сигналов.

Напряжение с фильтра 11 поступает на два компаратора 12 и 13 напряжений. При малых фазовых сдвигах выходное напряжение фильгра 11 меньще пороговых значений компараторов.

Во втором режиме при фазовых сдвигах выходных сигналов, близких к плюсовой зоне неопределенности основного режима (положительная разность фаз, канал USпринят за опорный) или лежащих в ней, напряжение на входе компаратора 12 достаточно для его срабатывания и переключения коммутирующ,их элементов 14 и 15. Цепь установки триггера 9 в единичное состояние отключается, триггер 19 во втором режиме находится в нулевом состоянии. Триггер 18 устанавливается в единичное состояние попрежнему импульсом формирователя 3 (фиг. 2,8), а в нулевое - импульсом формирователя 4. Коэффициент передачи вычитающего устройства устанавливается равным удвоен11ому значению по сравнению с основным режимом. Зона неустойчивой работы триггера 18 при этом возможна только при фазовых сдвигах, близких к нулю или 360° При выходе значения измеряемой разности фаз за пределы зоны неустойчивой работы триггеров основного режима напряжение на входе компаратора 12 становится меньше его порогового значения. Компаратор 12 возвращается в исходное состояние, коммутирующие элементы 14 и 15 также переключаются в прежнее состояние, и фазоизмеритель снова работает в основном режиме. В третьем режиме при фазовых сдвигах сигналов, близких к минусовой зоне неопределенности основного режима (фазовый сдвиг близкий к - 180°), или лежащих в ней, напряжение на входе компаратора 13 достйточно для его срабатывания, при этом переключаются коммутирующие элементы 16 и 17, цепь установки триггера 18 в единичное состояние прерывается. Работает только триггер 19, который устанавливается в единичное состояние импульсом формирователя 6, соответствующим спаду сформированного сигнала Ш, а в нулевое состояние - по-прежнему импульсом формирователя 5. Коэффициент передачи вычитающего устройства так же, как и во втором режиме, удваивается.

го Формула изобретения Измеритель сдвига фаз, содержащий в каждом из двух каналов последовательно соединенные формирующее устройство и триггер-делитель частоты, во втором канале инвертор, вход которого подключен к выходу триггера-делителя, общие для обоих каналов фильтр и пороговые устройства, связанные между собой, измерительный триггер и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и разрещающей способности, он снабжен коммутирующими элементами, формирователями коротких импульсов, вычитающим устройством с коммутируемым коэффициентом передачи, дополнительным фильтром, ключевым фазовым дискриминатором, при этом входы формирователей коротких импульсов подключены к формирующ|1м устройствам, а выходы связаны с коммутирующими элементами и измерительными триггерами, последовательно включенные вычитающее устройство и дополнительный фильтр включены между измерительными триггерами и индикатором, входы ключевого фазового дискриминатора подключены к триггеру-делителю первого канала и инвертору второго канала, а выход - к фильтру. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 286073, кл. G 01 R 25/00, 27.01.1969. 2.Авторское свидетельство СССР № 359611, кл. G 01 R 25/04, 18.01.1971.

,-- 0--П Г1 ГЬ

6

л

П П ГЬ -иГиТ/ f . n n

Ш